Nuevo método de diseño de edificios para evitar colapsos catastróficos

Los métodos de diseño actuales para edificios se basan en mejorar la conectividad entre los componentes de la estructura. En el caso de que algún componente falle, esta conectividad permite que las cargas que soportaban los componentes que fallan se redistribuyan al resto del sistema estructural. Aunque estos métodos resultan eficaces en el caso de pequeños fallos iniciales, pueden aumentar el riesgo de colapso progresivo tras grandes fallos iniciales, conduciendo así a colapsos completos o de gran magnitud. Así sucedió, por ejemplo, en las Champlain Towers y en el derrumbe de un edificio en Peñíscola en 2021, o en la ciudad iraní de Abadan en 2022. Y esto es lo que evita una propuesta surgida del ICITECH de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) en España.

En algunos aspectos, el nuevo método se inspira en cómo los lagartos se protegen de los depredadores al liberar sus colas cuando son atacados.

“Nuestro novedoso método de diseño proporciona una solución para superar esta alarmante limitación y conseguir edificios más resilientes, capaces de aislar el colapso a solo la parte de la estructura que ha sufrido el fallo inicial, y salvaguardar el resto del edificio. El nuevo método de diseño ha sido verificado con un ensayo sobre un edificio real. Por tanto, se trata de la primera solución contra la propagación de colapsos en edificios tras grandes fallos iniciales que ha sido probado y verificado a escala real. Con la aplicación del nuevo método de diseño se conseguirá prevenir colapsos catastróficos, protegiendo así vidas humanas y minimizando los costes materiales que supondría un colapso completo de la estructura”, destaca José M. Adam, coautor del estudio en el que se ha preparado y ensayado el nuevo método. Con él, también han colaborado Nirvan Makoond, Andri Setiawan y Manuel Buitrago. Todos son miembros del ICITECH de la UPV.

Unos “fusibles” evitan el colapso total

La clave del método ideado por el equipo de la UPV reside en usar el concepto de fusible estructural, que permite aislar las partes dañadas de un edificio con el fin de evitar la propagación de grandes fallos a toda la construcción.

“Esta nueva filosofía es parecida a la forma en que las redes eléctricas se protegen frente a sobrecargas, al conectar diferentes segmentos de la red mediante fusibles eléctricos. Con nuestros diseños, el edificio presenta continuidad estructural bajo condiciones normales de funcionamiento, pero se segmenta cuando la propagación de un fallo es inevitable, reduciendo así el alcance del colapso y evitando el derrumbe total”, apunta Nirvan Makoond.

"La implementación del método repercutirá levemente, o incluso de forma despreciable, en el coste de la estructura, ya que utiliza detalles constructivos y materiales convencionales”, señala Andri Setiawan.

En su estado de desarrollo actual, el nuevo diseño de estos investigadores se puede aplicar a prácticamente cualquier edificio de nueva construcción. “Su eficacia ha sido verificada y demostrada para edificios con estructura prefabricada de hormigón. Actualmente trabajamos en la aplicación de la metodología a edificios ejecutados con hormigón in situ y a edificios con estructura de acero”, concluye Manuel Buitrago.

Validado en un ensayo pionero a nivel mundial

El desarrollo de este nuevo método de diseño es uno de los resultados más destacados hasta la fecha del proyecto Endure, financiado por el European Research Council (ERC, o Consejo Europeo de Investigación). Fue precisamente en el marco de este proyecto donde se llevó a cabo, en junio del año pasado, un ensayo pionero a nivel mundial que permitió validar sus prestaciones. Las pruebas se hicieron con un edificio completo, a escala real, en el que un gran fallo inicial en la estructura se aisló en una parte del edificio, evitando su propagación a toda la estructura.

Cabe resaltar que esta línea de investigación y desarrollo se lleva a cabo al 100% en la UPV, siendo los cuatro autores del estudio investigadores también de la UPV.

La investigación se ha centrado en cómo evitar colapsos catastróficos de edificios mediante medidas de seguridad introducidas en el diseño de estos. (Foto: UPV)

Endure se desarrollará hasta 2026 en el laboratorio de estructuras del ICITECH de la UPV, uno de los mayores de Europa para el ensayo de grandes elementos estructurales.

El estudio ahora publicado se titula "Arresting failure propagation in buildings through collapse isolation" y aparece en la revista académica Nature. El interés de este trabajo ha hecho que aparezca anunciado en la portada de la revista. Además, esta es la primera vez que Nature publica un estudio de estas características en el campo del diseño y construcción de edificios. (Fuente: Universitat Politècnica de València)